동적거동에 기초한 약진지역 철골뼈대구조물의 내진설계

국승규 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.2

구조물 내진설계의 개념은 기존요구조건이라는 조항으로 시방서에 규정되어 있으며 구조물이 지진발생시에 안전성과 경제성을 최대한 확보할 수 있으며 비선형시간 이력해석을 수행하여 자진시의 동적거동을 기술함으로써 확인할 수 있다. 내진설계에 보편적으로 적용하는 응답스펙트럼해석법은 선형해석법으로 구조물의 비선형동적거동의 영향을 거동계수로 반영하므로 파괴메카니즘 및 기본 요구조건의 만족여부를 거동계수를 구하는 과정으로 결정할 수 있다. 이 연구에서는 내진설계방식에 의해 설계된 약진지역에 의한 화학공장건물의 모델인 3차원 철골뼈대구조물을 선정하고 거동계수를 결정하는 과정을 수행하여 지진시의 동적거동을 확인하였다. 이 연구의 결과, 현 시방서의 응답스펙트럼해석법에 적용되는 거동계수는 강진지역의 구조물의 경우 기능성 및 안정성 한계를 제시하지만 약진지역 구조물의 경우는 실제 동적거동과 무관하다는것과 약진 지역에 위치한 구조물의 내진설계에는 시방서가 제시한 내진설계방식을 적용하는 것이 주요한 사항임을 확인하였다.

RC 기둥의 연성거동을 위한 표면구속응력 산정에 관한 해석적 연구

김경민 ( Kyeong-min Kim ),이수영 ( Su-young Lee ),김건우 ( Geon-woo Kim ),권민호 ( Minho Kwon ),김진섭 ( Jinsup Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.3

최근 세계적으로 발생한 지진으로 구조물의 내진보강에 대한 관심이 높아지고 있다. 구조물의 내진성능 향상을 위하여 기둥에 대한 내진 보강이 이루어져야 한다. 기둥의 내진성능을 개선하기 위하여 다양한 보강법이 개발되고 있다. 본 연구에서는 RC기둥의 내진성능을 향상시키기 위하여, 기둥의 표면에 구속응력을 가력하여 내진성능을 평가하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 해석적 연구를 위하여 기둥에 대한 실험연구를 활용하였으며, 실험결과와 해석결과의 파괴형상 및 거동특성을 비교하였다. 해석결과 표면구속응력의 강도에 따라 RC기둥의 연성거동이 발생하였다. 일정 표면구속강도 이상에서는 연성거동이 거의 일정하게 발생하였다. 실험결과와 비교하여 실험에서 사용된 보강재의 보강정도를 RC기둥에 대한 표면구속응력값과 비교하여, 보강효과를 표면구속응력으로 검토하였다. 결론적으로, 본 연구에서 RC기둥의 연성거동을 위한 표면구속응력과 구속강도를 도출하였다. 도출한 결과를 바탕으로 RC기둥의 연성거동유도를 이용한 내진 설계 방법 및 내진성능 보가효과의 검토에 대한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다. Due to the recent earthquake that has occurred worldwide, interest in seismic reinforcement of structures is increasing. In order to improve the seismic performance of the structure, the seismic reinforcement of the column should be made. Various seismic retrofit methods are being developed to improve the seismic performance of columns. In this study, in order to improve the seismic performance of RC columns, an numerical study was conducted to evaluate the seismic performance of the columns by applying a surface constrained pressure. For the numerical study, the experimental study on the column was used, and the failure shape and behavior characteristics of the experimental results and the numerical results were compared. As a result of the numerical study, the ductile behavior of the RC columns occurred according to the strength of the surface constraining stress. In addition, ductile behavior occurred almost constant above a certain surface constrained pressure. Compared with the numerical results and the experimental results, he reinforcing effect of the used seismic reinforcement of the column in experimental study was compared with the value of the surface constrained pressure for the RC column, and the seismic reinforcing effect was examined as the surface constrained pressure value for the RC column. In conclusion, in this work, surface constrained stress and constrained strength for ductile behavior of RC columns are derived. Based on the results derived, it is believed that it can be used as basic data on the review of seismic design methods and seismic performance complementary effects using ductile behavior induction of RC columns.

쉬어탭 공유 접합부를 갖는 비내진중심가새골조의 내진거동

염희진,정은비,유정한,Yeom, Hee Jin,Jung, Eun Bi,Yoo, Jung Han 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.3

특수중심가새골조(Special Concentrically Braced Frames)는 우수한 경제성, 비탄성 변형 능력, 연성 등의 이점 때문에 횡하중 저항 시스템으로써 다양한 구조물에 적용하고 있다. 이러한 이점으로 국내 외 연구진의 특수중심가새골조에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 설계법과 기준이 비약적으로 발전한 반면에, 과거에 설계된 중심가새골조의 내진 성능에 대한 연구는 미약하다. 특히, 1988년 이전에 설계된 중심가새골조는 현재 기준과 비교하여 상대적으로 적은 설계요구를 반영하였기 때문에 내진 거동에 대한 평가가 시급한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 중심가새골조를 비내진중심가새골조(Non-Seismic Concentrically Braced Frames)라 칭하고, 워싱턴대학교에서 실시된 사례 조사를 토대로 비내진중심가새골조의 대표적인 접합부인 쉬어탭 공유 용접접합부를 갖는 골조의 내진 거동에 대한 유한요소모델을 제시하고 검증하였다. 이 모델을 이용하여 특수중심가새골조와 대비되는 비내진중심가새골조의 연성 능력, 강도, 비탄성 변형 능력에 대해 규명하여 내진 성능을 평가하였다. Special concentrically braced frames(SCBFs) have distinctive advantages in considerable seismic performance, which make engineers widely use SCBFs as lateral-load resisting systems in buildings and have researchers to develop SCBFs design methods. Compared to the extensive research of SCBF, comparatively little information is currently available on the performance of SCBFs designed and constructed before the early 1990's. Prior to 1988, concentrically braced frames(CBFs) design requirements were substantially less restrictive. As a result, many existing structures designed to these requirements may not ensure ductility and pose a significant concern in current buildings. In this study, these older frames are referred as non-seismic braced frames(NCBFs). In order to investigate the seismic behavior of NCBFs, finite-element(FE) models of SCBF and NCBF were suggested and verified using case investigation of NCBF conducted on the University of Washington. Using these models, the seismic behavior of NCBF with shared welding shear tab, which is the representative of the types of connections, was established and compared with the seismic performance of SCBF.

강합성교각의 내진성능평가 Part Ⅱ: 유사동적실험 및 잔류내진성능 평가

조창빈,서진환,장승필 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.2

Ductile behavior and strength of concrete-filled steel(CFS) piers was supported by many quasi-static cyclic loading tests. This test method, however, only estimates the member's deformation capacity under escalating and repetitive displacement and ignores dynamic and random aspects of an earthquake load. Therefore, to understand complete seismic behavior of the structure against an earthquake, dynamic tests such as shaking table test and pseudo-dynamic tests are required as well as quasi-static tests. In this paper, following "Seismic Performance of Concrete-Filled Steel Piers Part I : Quasi-Static Cyclic Loading Test", the seismic behavior of CFS and steel piers designed for I-Soo overpass in Seoul is investigated by the pseudo-dynamic test. In addition, the residual strength of both piers after an earthquake is estimated by the quasi-static test. The results show that both piers have satisfactory ductility and strength against well-known El Centro earthquake although the CFS pier has better strength and energy dissipation than the steel pier. 강합성교각의 내진성능은 주로 준정적 반복재하실험을 통해서 확인되어 왔으나, 이것은 단계적으로 증가하는 반복적인 변위에 대한 것으로 지진하중의 동적인 효과 및 무작위적인 특성이 무시된 것이다. 그러므로 강합성교각과 강교각의 지진시 거동을 진동대실험이나 유사동적실험을 통해서 검증할 필요가 있다. 또한, 지진후의 보수보강이나 재사용을 위해 강합성교각과 강교각의 잔류내진성능을 평가할 필요가 있다. 이 논문은 강합성교각의 내진성능평가에 관한 연속된 논문으로서 "강합성교각의 내진성능평가 Part I : 준정적 반복재하실험"에 이어서 두 번째로, 유사동적실험을 통해 강합성교각의 실제 지진시의 거동을 조사하고 지진후의 준정적 반복재하실험을 통해 잔류내진성능을 평가하였다. 도시내의 전형적인 오버패스구간의 교각을 모델로하여 수행한 실험결과는, 잘 알려진 El Centro 지진에 대해서 강합성교각 및 강교각 모두 최대변위 및 잔류변형량에서 우수한 거동을 보여주었다. 지진후의 잔류내진성능도 두 교각형식 모두 처음 지진시의 내진성능과 거의 동등한 성능을 보유한 것으로 평가되었다.

건축 강구조물의 초기 부재단면 설계 및 내진성능에 관한 연구

이상주,이동우,한상을,Lee, Sang-Ju,Lee, Dong-Woo,Han, Sang-Eul 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.1

내진 댐퍼 브레이스를 가진 강구조물은 브레이스가 지진입력에너지를 충분히 흡수함으로써 주요한 구성부재의 치명적인 피해를 현저하게 저감시키는 것이 가능하므로, 이 시스템 도입에 따른 거동특성 파악 및 적용성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 내진 댐퍼 브레이스를 가진 강구조물의 설계에 있어서는 구조물에 대한 브레이스의 강성비를 결정하여야 하며, 내진성능이 우수한 구조물을 설계하기 위해서는 강성비에 따른 구조물의 지진응답 특성을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 소성설계에 기초하여 내진 댐퍼 브레이스의 수평 강성비에 따른 강구조물의 초기 부재단면를 설계하고, 지진응답해석을 수행하여 초기 부재단면 설계의 타당성 검토 및 동적거동 특성을 파악한다. An initial member sections of steel structures is selected by experience of expert building structural designers. And appropriate member section is designed by repeat calculation through structural analysis. Therefore an initial assumption of member section is necessary for saving the time for structural design and is important to acquire safety of building structures. Also brace damper are generally used to prevent or decrease stuctural damage by its hysteretic behavior in building structures subjected to strong earthquake. Based on plastic design, the initial section of members for architectural steel structures with hysteretic damper braces is presented and seismic effect of structural behavior by the ratio of damper stiffness to structural story stiffness is estimated in this paper.

중약진지역에 위치한 콘크리트교량의 수정내진 설계

국승규 한국지진공학회 2000 한국지진공학회논문집 Vol.4 No.3

구조물에 내진설계를 적용하는 목적은 지진에 노출되는 구조물에 안전성과 경제성을 고려한 파괴메카니즘을 부여하는 것이다. 내진설계에 보편적으로 적용하고 있는 응답스펙트럼해석법은 선형해석법으로 구조물의 비선형 동적거동에 의한 영향은 특정 계수로 반영한다. 그러나 기존의 내진설계시방서들이 강진지역에 있는 나라들에 의해 제정 및 개정되어 왔기 때문에 응답스펙트럼 해석법 뿐만 아니라 기타의 적용규정이 강진지역에 위치한 구조물의 상황만을 고려하여 제시되었다. 따라서 중약진지역에 위치한 구조물의 내진설계에 대한 별도의 연구가 요구되고 있다. 이 연구에서는 중약진지역에 위치한 콘크리트 교량을 선정하여 비선형 동적거동을 반영하는 계수를 결정하고 응답스펙트럼 해석법을 적용하였다. 연구 결과 바탕으로 중약진지역의 교량에 대해 내진설계의 목적을 만족하는 개선된 내진설계 절차를 제시하였다.

교각 강성과 교량의 붕괴기구

국승규,Kook, Seung-Kyu 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.2

일반설계에서 탄성거동을 전제로 구조물을 설계하는 것과 달리 내진설계는 구조물의 소성거동을 규명하고 조정하여 붕괴를 방지하는 것이 목적이다. 일반교량의 경우에 요구되는 붕괴방지수준은 교량의 특정한 구조부재의 소성거동으로 낙교를 방지하여 지진발생 이후에 긴급차량의 통과를 가능하게 하는 것이다. 이러한 소성거동은 연결부분 또는 교각기둥에 제한되고 각 경우에 적절한 조치가 요구된다. 도로교설계기준은 교각기둥에서 소성힌지를 형성하여 연성붕괴기구를 구성하는 설계방식과 함께 철근콘크리트 교각을 하부구조로 하는 교량을 대상으로 연결부분의 항복을 이용하여 취성붕괴기구를 구성하는 연성도 내진설계를 부록으로 제시하고 있다. 이 연구에서는 철근콘크리트 교각기둥과 강재받침으로 설계된 일반교량을 선정하고 연성붕괴기구와 취성붕괴기구를 모두 고려한 붕괴방지 설계절차 및 도로교설계기준에 요구되는 수정사항을 제안하였다. While structures are designed within elastic range by other designs, plastic behavior of structures should be verified and controlled in order to prevent structural collapse by the earthquake resistant design. No Collapse Requirement for typical bridges is to avoid falling down of superstructure by way of plastic behavior of certain structural elements and to operate emergency vehicles after earthquake. Such plastic behavior is restricted to connections or pier columns and appropriate measures are required for each case. Earthquake Resistant Design part of Roadway Bridge Design Code provides design processes for Ductile Collapse Mechanism by forming plastic hinges at pier columns. Also for bridges with reinforced concrete piers ductility-based design processes are provided as an appendix constructing Brittle Collapse Mechanism with connection yielding. In this study, a typical bridge with steel bearing connections and reinforced concrete piers is selected and No Collapse Design procedure considering both Ductile and Brittle Collapse Mechanism is proposed together with revisions required for the Earthquake Resistant Design part.

비선형 시간이력해석을 통한 기존 노후화 학교 건축물의 내진보강효과 검증

최재혁,장정현,황지훈,양경석 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

최근 세계 곳곳에서 대규모 지진이 발생하여 건축물 붕괴에 따른 피해가 속출함에 따라 지진에 대비하기 위해 기존 건축물의 내진 성능을 보강방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 현재 우리나라의 경우, 교육생활의 터전임과 동시에 가구 재난 발생 시 지역주민들의 응급피난장소인 학교 건축물조차 내진설계가 제대로 이루어져 있지 않고 있어, 지진 발생 시 막대한 피해가 예상된다. 현 상황을 극복하기 위해 기존 노후화 학교 건축물의 내진성능을 향상시키기 위한 적절한 보강방안이 제시되어야한다. 본 논문에서는 범용해석프로그램을 통해 기존 노후화 학교 건축물에 대한 비선형정적해석에 결과에 따른 내진보강 후 비선형 시간이력해석을 실시하여 지진하중에 의한 구조물의 비선형 거동을 규명하고 내진 보강 효과를 검증하고자 한다.

기초부 주변토체의 영향을 포함한 지진하중을 받는 교량의 통합된 동적거동분석

마호성(Ho Seong Mha),박인준(Inn Joon Park),박병진(Byung Jin Park) 한국방재안전학회 2008 한국방재안전학회 논문집 Vol.1 No.2

본 연구는 지진이 발생한 경우, 교량이 위치하고 있는 기초부 주변토체의 영향을 포함하고 그 위에 위치한 교량시스템의 동적거동을 예측하여 결과적으로 전체적 교량시스템의 내진거동을 분석하기 위한 통합된 새로운 방법론(Unified Dynamic Analysis Method)에 대하여 제안하고자 한다. 주변토체의 영향을 포함한 교량의 내진거동을 분석하는 통합된 방법론은 교량의 내진평가시에 적절하게 사용 될 수 있다는 것을 밝혔다. 본 방법론을 이용시 다중입력파에 대한 영향분석도 용이할 수 있다. In this study, a new procedure (Unified Dynamic Analysis Method) to evaluate the dynamic responses a bridge under earthquakes is proposed, which is not only considering the bridge motions but also the soil layer motions nearby the bridge footing in order to include the soil-structure interactions. It is found that the dynamic responses of the whole bridge systems can be properly evaluate from using the proposed UDAM. The properties of the soil layers where the bridge is located can be included into the seismic analysis, and the multi-seismic excitations can also be considered easily.

보강상세에 따른 프리캐스트 변형경화형 시멘트 복합체 끼움벽의 내진성능

김선우,윤현도,윤여진,송선화 한국구조물진단유지관리공학회 2009 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.13 No.3

비내진상세 골조는 낮은 횡저항성을 가지고 있어 큰 변형을 경험하게 되는 반면, 벽체는 높은 강성으로 인해 낮은 변형에서도 전단에 의해 파괴된다. 따라서 이러한 골조와 벽체가 동시에 거동할 경우 발생하는 거동특성은 개개 부재에서의 거동특성과 매우 다르게 된다. 본 연구에서는 끼움벽에 노치를 둘 경우 내진거동특성을 평가하고자 배근상세를 변수로 하였다. 이 때 노치로 인해 벽체 중앙부에 손상이 집중되는 것을 방지하기 위하여 변형경화형 시멘트 복합체(SHCC)를 사용하였다. 실험결과, SHCC 끼움벽은 다수의 미세균열을 형성하였으나, 대각보강근을 갖는 PIW-ND 실험체가 PIW-NC 실험체에 비해 낮은 변형능력, 강성 및 에너지소산능력을 보였다. Flexible frames on their own offer little resistance to lateral forces, resulting often in large deflections and rotations at the joints. On the other hand, walls subjected to lateral loads fail mainly in shear at relatively small displacements. Therefore, when the nonductile frames and wall act together, the combined action of the composite system differs significantly from that of the frame or wall alone. The objective of the study is to evaluate seismic response of infill walls with notched midsection. Reinforcement detail of wall was main variable in the experiment. Also SHCC was used in order to prevent damage concentration into notched midsection of walls. Test results, SHCC infill walls show the multiple crack patterns as expected. However, PIW-ND specimen exhibits less story drift, stiffness and energy dissipation capacity than those of PIW-NC specimen.